[发明专利]一种乙二胺接枝改性磁性氧化石墨烯及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及环境功能材料和水处理新技术领域，特别涉及一种乙二胺接枝改性磁性氧化石墨烯及其制备方法与应用。

背景技术

随着染料、冶金、电镀、采矿等产业的发展,进入环境中的重金属离子越来越多,人类赖以生存的土壤、水体等环境遭受到了严重的重金属污染，并呈加剧趋势。当重金属含量超过了一定的限度，会造成生态环境恶化和农产品品质下降，最终严重影响人类的健康。

目前工业含重金属离子废水主要采用化学沉淀法和离子交换法。化学沉淀法在处理过程中产生大量污泥,易造成二次污染。离子交换法费用较高,且再生存在一定的困难。另外,吸附法是新兴的处理方法,但技术还不够成熟。常用的吸附剂有碳纤维材料、沸石、粘土矿物和一些氧化物等。在实际应用中，由于原料来源不丰富、吸附能力不够等原因，限制了这些吸附剂的广泛应用。因此，制备一种能够解决这些问题的吸附剂具有重大的现实意义。

氧化石墨烯是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，是单一的原子层，在氧化过程中，使得许多含氧基团诸如C—O—C,C—OH,C＝O,COOH等与石墨层共价相连。这些官能团可以作为吸附位点与金属离子产生螯合作用，但由于其亲水性，在吸附后很难从废水中分离。通过将磁性纳米粒子负载在氧化石墨烯表面而合成的磁性氧化石墨烯解决了这个问题，但是带来的困扰是在磁化过程中，氧化石墨烯表面的一些吸附位点被磁性纳米粒子占据，导致磁性氧化石墨烯吸附位点减少，吸附能力也降低了。

为了提高其吸附能力，就需要在其表面增加对重金属离子具有较强螯合作用的吸附位点。Lerf等制备并研究了大量化学改性的氧化石墨衍生物，证实对这种氧化石墨的官能团进行改性是可行的。Sasha S等用异氰酸醋对片层氧化石墨进行化学接枝，由于片层氧化石墨表面含有大量羟基，使该反应顺利进行。王祥科、胡文平等通过大量的实验研究表明，在石墨烯表面进行磺酸基功能化处理，不但可以提高石墨烯的分散性，而且可以提高石墨烯的吸附能力。研究结果显示，这种功能化石墨烯对萘和萘酚的吸附能力达到了2.4mmol/g，是目前吸附能力最高的材料之一。

乙二胺表面携带很多氨基和羧基，对重金属和有机污染物可以产生很好的包络作用，但其作为吸附剂处理重金属，不易于实现固液分离。将乙二胺通过一定的方法嫁接到磁性氧化石墨烯表面形成复合材料，增加了磁性氧化石墨烯的吸附位点，提高了其对重金属离子的吸附能力，且容易实现固液分离。目前还没有将乙二胺接枝改性磁性氧化石墨烯应用于含重金属废水处理的先例。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的不足，开发一种成本低廉、比表面积大、高效且易分离的可应用于吸附废水中六价铬的乙二胺接枝改性磁性氧化石墨烯吸附剂及其制备方法和应用。

本发明提出的一种乙二胺接枝改性磁性氧化石墨烯吸附剂的制备方法，是将磁性铁氧体纳米粒子组装在氧化石墨烯表面，然后再利用乙二胺对其进行接枝改性，这样制备的吸附剂可通过外加磁场实现快速分离，且具有更多吸附位点而提高吸附能力。具体步骤如下：

预氧化石墨粉的制备

称量3～9g石墨粉、3～9g NaNO3、25～35g KMnO4，用适量超纯水溶解于反应容器中，组装反应仪。加400～600ml超纯水，设置反应温度为0～10℃，转速为190～220/rpm，反应1～8小时，5～40min加冰一次，1～8小时后暂停反应，把冰取出并加自来水用于加热水。调整温度,25～45℃，反应1～8h，向反应物中加入300～600ml超纯水，并反应0.5～4，反应结束后，加入200～ 2000ml超纯水(边加边搅拌)，再加入30～50ml H2O2于反应器中搅拌1～3h，用超纯水洗至中性，干燥待用；

氧化石墨烯的制备

称取3～9g预氧化石墨粉、3～9g NaNO3、20～40g KMnO4，组装反应仪器，往反应容器加入200～300ml质量浓度为98％的浓硫酸，再加入所有称量的物质，于0℃下反应2～5h，调整转速为200～250rpm，反应需要在反应装置外加冰，并且每1～40min加一次冰，反应4h结束后，除去所有的冰，加水并调节温度至25～40℃，反应1～4h，加入400～600ml超纯水，在80～100℃下反应0.5～4h，室温下，加入200～2000ml超纯水，再加入10～100ml浓 H2O2，反应0.5-2h，用超纯水洗至中性后将氧化石墨烯放入超声仪，调节温度为40～60℃，超声0.5-4h，用超纯水洗至中性；

磁性氧化石墨烯的制备